GE水煤浆气化炉在线率的计算与分析_图文

1、第期（总第期）煤化工（圭！旦垦竺璺！堡垒呈里！竺生！望垒旦！翌竺：！水煤浆气化炉在线率的计算与分析牛苗任孙永斌（中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司，北京）摘要以水煤浆气化炉为代表，根据生产统计数据，采用“逐点计算法”，分别计算了多台气化炉的最大理论在线率，在此基础上，计算出不同可靠性下，多台气化炉的实际在线率。计算方法和结果具有普适性，可用到、多喷嘴气化炉备用炉的选择上；对保证一定在线率下备用炉最佳台数的确定提供了依据。关键词水煤浆气化炉在线率可靠性文章编号：（）一中图分类号：文献标识码：引言（前）水煤浆气化技术气流床煤气化装置是系统的关键设备，它煤气化技术直接影响发电效率、系统的

2、可用率、投资和发电成本水煤浆气化工艺包括气化炉及辅助系统。气等，其核心技术和关键设备是气化炉。水煤浆加料气化炉包括喷嘴、耐火砖、承压部件等；辅助系统包括煤化炉的共同点是，炉膛由耐火砖砌成，到一定时间必浆输送、灰水处理系统等。运行失常状态指系统在操须停炉维修和更换，而且工艺喷嘴也易被磨损和烧作过程中，偏离了操作规程允许的正常操作参数，而坏，运行周期短，影响到气化炉的在线率。因此，本文造成运行失稳甚至非计划停车。根据一般操作规程及以气化炉为代表，计算多台气化炉同时在线的运历史数据分析，系统的运行失常状态主要表现为：（）行情况，对保证一定在线率下备用气化炉台数的选择工艺气出口温度过高；（）碳黑洗涤塔

3、出口工艺气含提供指导。尘量超标；（）气化炉压差波动过大；（）气化炉激冷为了增加电站的运行时间，必须提高室液位异常；（）气化炉炉膛温度异常；（）因外部系电站的在线率，特别是气化炉的在线率。国外研究的统波动而引起的气化系统运行波动。国内某企业计算表明：对于单纯以发电为目标的电站，为了气化装置年的停车数据统计及原因分析如表所获得经济效益，应使气化炉的运行在线率达到，示，大约有的停车是因气化炉出现了问题引。因这就提出是否有必要在电站中设置备用气化炉此气化炉较其他设备更易发生故障，即为系统的薄弱的问题（目前单台气化炉的在线率为）。环节，本文重点对气化炉的在线率进行分析。但是增加备用炉会导致电站比投资费用

4、的增高，究竟表气化炉非计划停车的数据统计及原因分析应否设置备用炉以及备用几台合适，尚需进行综合经济评估后才能确定刳。从目前气化炉的运行情况看，气化原因设备故障电气故障仪表故障工艺失调其他原因在采用水煤浆气化技术的煤化工、煤基多联产、多联供方案中，为了确保化工生产过程的连续性，设置备用气化炉是必要的。气化炉中的关键部件耐火砖收稿日期：气化炉型为单级、下吹、喷流式，水煤浆质量作者简介：牛苗任（一）。男年毕业于河北工业分数为。，氧气纯度约为，运行温度约为大学化工工艺专业，工程师，现从事煤气化、的研发，煤与氧反应生成粗合成气和熔渣。高温粗合及工程设计。成气向下流人辐射废锅激冷室。激冷气化炉是圆柱）（一

5、一煤化工年第期形加压容器，内衬耐火材料，由上部燃烧室和下部激冷室组成，中间有激冷环，连接下降管。气化炉燃烧室的工况是高温、高压、强还原性气氛以及酸性熔渣冲蚀，并随着频繁开停车而不断地出现温度、压力波动，因此耐火砖在一个较短时间内（个月。个月）就会毁坏。耐火砖的磨损很显然与燃烧温度和熔渣性质有关，但经验表明，也与气化率有关。近年来，虽然不断对耐火砖进行改进，但随着生产量的加大，耐火砖寿命还是会逐步下降】。喷嘴供足够资料，以便估算出一个、两个或多个可比较的系统结构的差别。设备的可靠性可用多种方法表示，通常采用的最基础、最重要的方法是可用率（在线率）。在线率被定义为在一个特定点上及时发现一个系统具有

6、一定功能状态的概率。本文在线率仅）按式（）计算：，代表有台气化炉在运行。：堡堡墨鱼氢丝竖墨塑重堡堕回！堕，根据某工厂实际运行经验，表列出了具有代表性的激冷流程气化炉的运行统计情况。对于辐射废锅流程，只是将气化炉下部连接的激冷室取代为辐射锅炉，气化炉的运行状况还是与激冷流程相同的，因此，表中的数据对于废锅流程同样具有代表性。根据表还可以得出单台气化炉的一个生命周期（如下页图所示），在全炉耐火砖更换完毕之后，气化炉开始下一轮新的循环。下页图为台气化炉开车情况下的示意图，首先运行。炉，以后每间隔，开车运行台气化炉，直至台气化炉全部开车运行。不考虑其他工艺、设备、仪表引起的非计划停车，仅考虑气化炉本身

7、的计划停车，本文分别计算了单台炉、台炉、台炉、台炉、台炉和台炉，种情况下项目生命周期内（）的运行工况。以台气化炉为例，计算过程如下：以“”为单位，采用“逐点计算法”：从。炉开始运行的第天进行计算，计算步长为，即往后计算至第天，结果为第组数据；再从。炉开始运行的第天进行计算，往后计算至第天，结果为第组数据；以此类推，计算至，因此共有组数据。在这组数工艺喷嘴是气化炉的心脏，端部结构示意图见图，为同心三套管形式。水煤浆及氧化剂通过工艺喷嘴进入气化炉反应室，发生气化反应。无论是中心氧还是水煤浆及外氧的流通面积，均需要满足各自介质的流量要求，在供应压力允许的情况下，力争达到必要的混合和雾化效果。但中心氧

8、的比例有一定限制，一般为总氧量的（体积分数），最佳是左右，其余均作为外氧【】。由于喷嘴长期处于高温下工作，易受到硫化腐蚀和固体进料冲蚀，或者由于安装加工缺陷（如焊接质量低、喷嘴头不同心等），使喷嘴头被扭曲，雾化程度变差，从而导致合成气组成波动很大，气化效率下降。因此，喷嘴的设计、制造、安装及更换尤为重要。据中，由于第年为气化炉陆续开车阶段，假定为非稳定生产阶段，因此除去前组数据，从第组数据开始到第组数据结束，共有组数据。一中心氧通道一水煤浆通道一外氧通道一水冷盘管一冷却夹套图统计出最差工况、最优工况，并对这组数据求出平均工况。这里需要指出的是，整个气化工艺是一个高度耦合的系统，电气故障、仪表故

9、障、工艺失调以及其他原因均可能引起非计划停车。与稳定运行相关的是可靠性，其考察的是生产的整体水平，而不仅仅关注高峰值。由于这里计算仅考虑气化炉本身的计划停车，因此计算结果是最大理论在线率。“逐点计算法”适用性强，对数据点的数量没有限制，并且由于对工艺喷嘴端部结构示意图计算方法与讨论可靠性分析以概率论为基础，其计算结果带有统计性。尽管可靠性的计算缺乏确定的特性，但它能提表工艺计算条件喷嘴寿命检修喷嘴时间更换拱顶（渣）耐火砖时间（含烘炉）拱顶（渣口）耐火砖寿命更换全炉耐火砖时间（含烘炉）全炉耐火砖寿命开车间隔年月牛苗任等：水煤浆气化炉在线率的计算与分析一二二二臣二二二二亘二二二二】二二】霪二二二二

10、臣二二二二亘二二二二】二二鬟卜至二二二二二缓二二二二二二二】卜：互至二二二二二二缓二二二二二二二】洳：夏至二二二二二缓二二二二二二二】缈；互互二二二二二缓二二二二二二二】：口互堑二二二二二缓二二二二二二二二】洳图垂囊垂垂垂垂垂磊羹薹晋垂鋈垂磊垂囊垂更多恚炉气化篓，始行嘴行嘴行嘴行耐火砖行嘴行嘴行嘴行耐火砖新的循环酬阻：出口二二匠】二西台气化炉开车情况示意图每天都作为起始点进行计算，因此计算的工况最完整，统计结果最精确。取前组数据作图，具有代表性的气化炉运行情况如图和图所示，可以看出，从第年往后，气化炉运行有明显的周期性。气化炉燃烧室内衬耐火材料的寿命是制约装置运行周期的关键因素。对于确定的装置

11、，气化炉喷嘴和耐火砖的寿命是一定的，到期必须停炉更换，根据生产实际需要，合理安排开车间隔天数对多台气化炉的运行、计划检修等非常重要。计算组数组勺赧靶蜊一一炉在线一一炉在线一一炉在线一炉在线勺图台气化炉运行情况辍妊蜊停车的统计事故发生概率为（），值由气化工艺各子系统及设备故障发生概率的历史运行数据来确定，与实际操作和管理水平等有很大关系。由于各台气化炉的运行是相互独立的，在任何时刻每台气化炉运行的可靠性都为，且只有正常和故障两种情况，计算组数组因此台气化炉运行的可靠性满足二项分布的条件，可用式（）进行计算。台气化炉运行的实际可用率。可用式（）进行计算。一。一炉在线一一炉在线一一炉在线圈台气化炉运

12、行情况根据计算出的最大理论在线率，气化炉的实际在线率可用式（）进行计算：实际可用率最大理论在线率可靠性（）（，、，）（）腻（）忙；笔（熹训；妻（熹，）：羔（耋（曲（一）（）设单台气化炉运行的可靠性为（），则对应的单台气化炉由于其他原因可能引起非计划一一煤化工年第期式中，卜气化炉总台数。台；卜单台气化炉运行的可靠性（）；广只有台气化炉运行的可靠性；气化炉正常运行台数，台；（）（）气化炉备用台数的选择及延长气化炉在线率的建议可以参考表，进行气化炉备用台数的选择。从表可以看出，对于相同的可靠性，气化炉台数越多，备用台的实际可用率越低，因此可能出现需要备用台的情况。比如工程计算，需要台气化炉，且必须保

13、证实际可用率，才能满足生产需要。假设单台气化炉的可靠性为，从表可以看出，如果不设备用炉，即开备，实际在线率为，远不能满足要求；若备用台，即开备，实际在线率为，也不能满足要求；若开备，实际在线率为，可以满足要求。因此应该设台备用炉，即开备。其他情况，可照此方法查表选择。这里需要指出的是，表是根据第页表的工艺条件计算得出，具有代表性，但如果企业实际工艺条件与表相差较大，也可以根据企业的实际情况，按照本文提供的方法另行计算。，广一所需的至少有台气化炉运行的实际可用率，；，广台运行平均工况的最大理论在线率，。不同可靠性下，台。台炉的实际可用率计算结果如下页表所示。为方便理解，以可靠性产，台气化炉为例，

14、给出具体的计算步骤。（）开备，即至少有台气化炉正常运行矿护（）性睦（）开备，即至少有台气化炉正常运行咖（）噜咖（瞄咖（一）（）硅（）开备，即至少有台气化炉正常运行矿，。咖（）噜静（）（刊叩醭（）（一）。（四“（）表不同可靠性下气化炉实际在线率单台炉可靠性台炉在线率（开备）台炉在线率开备台炉在线率开备开备台炉在线率开备开备开备开备开备台炉在线率开备台炉在线率开备开备开备开备开备年月牛苗任等：水煤浆气化炉在线率的计算与分析一一水煤浆气化工艺的关键设备有磨煤机、煤浆泵、气化炉等，种类繁多，结构严密，其运行状况直接影响气化装置的稳定运行。因此，应严格按照具体运行工况选择相关参数，从而确保设备稳定运行。

15、（）工艺喷嘴是整个气化工艺的关键设备之一，它的使用寿命直接影响到装置的运行周期，应当从完善喷嘴结构和提高材料的耐磨性两方面着手，延长喷嘴使用寿命。采用整体材料以避免喷嘴盘管喷嘴头焊缝的龟裂，另外，还应该避免频繁的开停车（超过次）。结论对于或者煤化工装置，稳定运行的重要指标就是可用率。在设计工程时，应该根据燃料的特性、电站的容量和运行特点，合理地选择气化炉的炉型、容量和台数。本文以气化炉为代表，根据实际生产统计数据，在不考虑由其他工艺、设备、仪表引起的非计划停车条件下，仅考虑气化炉本身的计划停车，以“”为单位，采用“逐点计算法”，分别计算、统计了多台气化炉的最大理论在线率，在此基础上，计算出不同

16、可靠性下，多台气化炉的实际可用率，计算方法和结果具有普适性，可用到以水煤浆进料的、多喷嘴对置式气化炉等备用炉的选择上。为气化炉的选择，特别是备用炉最佳台数的确定提供了依据，同时也给工程设计人员及自动化装置设计人员进行可用率，及其他自动化系统可靠性主要指标的计算提供了参考。指出气化炉运行有明显的周期性，根据生产实际需要，合理安排开车间隔天数对多台气化炉的运行、计划检修等非常重要。（）耐火砖价格极其昂贵，换砖时间长，将严重影响备炉工作。所以必须选用质量较好的耐火砖，筑炉时严格把好质量关。在使用过程中，严格控制气化炉操作温度，尽量延长耐火砖的使用寿命。影响气化炉耐火衬里寿命的因素很多，就使用而言，应

17、注意以下几点：控制好操作温度：炉内温度对耐火衬里的寿命是非常重要的，因此应防止氧气总管压力的大幅度波动，严格控制不超温，特别是操作温度超过时侵蚀作用成倍增加；综合考虑各种因素，一般气化炉的操作温度应控制在以下。减少开停车次数：当开车或停车时，气化炉的温度经历从低到高或从高到低的改变，如果温度改变太快或太大，将会使耐火砖开裂、毁坏。（）运行时严格应用设计煤种。煤种从本质上影响了气化炉的设计，决定了今后的运行。（）应加强管理工作，做好计划检修、预防性检修和优化检修。预防性维修方案保证在停炉前就对设备的故障有较全面的了解，使设备的检修变得简单易行，通过制订切实可行的维修方案，对设备故障进行及时清除。

18、优化检修是一个动态的过程，要对检修策略进行持续的调整和优化。参考文献：焦树建某些工作系统的设计经验燃气轮机技术，（）：卜焦树建的某些关键技术的发展与展望动力工程，（）：，国蓉，程光旭，郑宝祥，等德士古煤气化工艺及装置的长周期安全运行分析西安交通大学学报，（）：，许波德士古煤气化装置运行问题探讨煤化工，（）：，于广锁，牛苗任，梁钦锋，等气流床水煤浆气化技术的应用现状及开发进展煤化工，（）：卜，）”，GE水煤浆气化炉在线率的计算与分析 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 牛苗任， 孙永斌， Niu Miaoren， SunYongbin 中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司,北京